吳 敏

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，湖北 武漢 430051)

0 引 言

在高速公路建設(shè)前期，路線方案的設(shè)計及對比是設(shè)計單位的重點工作內(nèi)容，考慮到我國高速公路建設(shè)速度和規(guī)模的不斷增大，路線設(shè)計除了考慮最基本的經(jīng)濟成本因素之外，還需要綜合分析沿線的生態(tài)環(huán)境破壞，避免給周圍生態(tài)空間造成嚴(yán)重的干擾。傳統(tǒng)的高速公路建設(shè)模式往往是追求高速度高能耗，這就會導(dǎo)致項目出現(xiàn)先污染后治理的態(tài)勢?？沙掷m(xù)發(fā)展理念的引入就需要高速公路路線設(shè)計實現(xiàn)綠色化，綠色化公路建設(shè)理念就需要公路路線設(shè)計從安全、生態(tài)環(huán)境、技術(shù)、資源、經(jīng)濟等多因素進行綜合比選分析，繼而實現(xiàn)全方面的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

1 高速公路選線的控制因素

高速公路設(shè)計選線的影響因素較多，主要分為以下幾類，公路設(shè)計的使用性質(zhì)及其在國防政治經(jīng)濟上的功能；公路規(guī)劃設(shè)計中的交通量指標(biāo)，設(shè)計人員需要結(jié)合合理的數(shù)學(xué)模型及當(dāng)前交通量觀測數(shù)據(jù)對設(shè)計公路的遠(yuǎn)景交通量進行預(yù)測；行車速度時公路設(shè)計關(guān)聯(lián)性較高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)?shù)缆方煌啃　夂驐l件溫和且駕駛員行車主要受到公路條件既有狀況限制下能夠安全舒適行駛的速度，行車速度和公路開放運營時限制速度設(shè)置密切相關(guān)；高速公路選線往往穿越了大部分的山嶺重丘區(qū)域，地形的限制對路線設(shè)計至關(guān)重要，平原地域?qū)β肪€影響較小，山嶺重丘地域則會對路線設(shè)計造成數(shù)量較大的土石方和施工成本；地質(zhì)因素在一些復(fù)雜設(shè)計路段是考慮最多的，尤其在一些山嶺重丘區(qū)域，地質(zhì)情況多變，軟黏土地質(zhì)、富含地下水土層等不利條件都會導(dǎo)致滑坡、崩塌、泥石流等危險災(zāi)害情況的發(fā)生，路線設(shè)計時，需要盡可能避免這些惡劣環(huán)境，也可以采取一定的路基加固、邊坡加固措施進行有效的規(guī)避；生態(tài)環(huán)境及能源消耗是綠色化路線設(shè)計的考慮重點，前者主要表現(xiàn)在路線設(shè)計中沿線水土、動植物、環(huán)境水系等生態(tài)因素對項目的影響，后者則主要針對路線設(shè)計中要優(yōu)化不同公路技術(shù)指標(biāo)，合理選優(yōu)路線方案，以此盡可能降低車輛正常情況下形式的成本及效率。

2 高速公路路線方案評價體系構(gòu)建

2.1 技術(shù)指標(biāo)評價

技術(shù)指標(biāo)是高速公路路線設(shè)計的關(guān)鍵，技術(shù)指標(biāo)和項目的施工難度、投資概預(yù)算、行車安全舒適性、項目運營穩(wěn)定性等都有著緊密聯(lián)系，在路線設(shè)計方案的初期和后續(xù)的比選階段，技術(shù)指標(biāo)需要進行重點考慮，其主要包括如下幾個方面，首先是路線長度，高速公路路線長度包括路線設(shè)計起點到設(shè)計終點的實際距離，路線長度對于項目的總投資、土方工程量、路線沿線生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)水利工程等都有著現(xiàn)實影響，路線方案中路線長度的確定和眾多因素關(guān)聯(lián)性密切，在綜合對經(jīng)濟實用性進行分析的基礎(chǔ)上，也要考慮環(huán)?？沙掷m(xù)性和行車安全穩(wěn)定性；路基土石方，路線設(shè)計往往跨越了不同的地形地質(zhì)環(huán)境，路基挖填方量的大小和公路項目施工成本、進度、質(zhì)量密切相關(guān)，土石方量的多少是路線設(shè)計的重要比選指標(biāo)；橋隧總長，隧道橋梁是公路工程的重要建筑結(jié)構(gòu)物，尤其對于地形地質(zhì)較為復(fù)雜的山丘重嶺區(qū)域，隧道橋梁的建設(shè)能規(guī)避掉很多路線設(shè)計風(fēng)險，橋隧總長直接影響了路線方案選擇的經(jīng)濟技術(shù)可行性，且方案設(shè)計過程中，一般以橋隧比例來表征其構(gòu)造長度；占地拆遷面積，其控制則需要對沿線的地質(zhì)情況和資源進行詳細(xì)勘察，依據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ㄒ?guī)劃和產(chǎn)業(yè)布局、農(nóng)業(yè)水利灌溉等進行路線的合理選取，對荒地和山體則要優(yōu)化利用，盡量減少耕地農(nóng)田的占用；每公里造價，該技術(shù)指標(biāo)則決定了路線方案的直接施工成本。

2.2 安全性評價

安全性評價主要為了確保行車安全，實施安全性評價機制能夠有效降低交通安全事故。在一些復(fù)雜山區(qū)路段，安全性評價具有不可忽視的作用，高速公路安全指標(biāo)主要包括以下內(nèi)容，圓曲線半徑需要設(shè)置護理，在一些地形受限嚴(yán)重的情況下，需要采取較大的圓曲線半徑，以便提升行車安全；最大縱坡作為路段縱斷面設(shè)計的關(guān)鍵性指標(biāo)，在全線路段要注意不同縱坡的平緩銜接，盡量采取大縱坡。這極容易影響行車視角，一般縱坡需要控制在3%以內(nèi)；平縱線型的協(xié)調(diào)也會影響行車安全性，不恰當(dāng)?shù)钠娇v組合會使得行車車輛出現(xiàn)難以預(yù)料的安全事故，引發(fā)駕駛員過分緊張或者放松的現(xiàn)象；行車視距的核實范圍能夠確保駕駛員行車過程中的合理控制時間，避免出現(xiàn)安全風(fēng)險，一般最短行車視距需要得到有效保障，在一些不良路段尤其要加強重視，行車視距和路線設(shè)計優(yōu)劣密切相關(guān)。

2.3 經(jīng)濟性評價

經(jīng)濟性指標(biāo)主要包括路線設(shè)計項目需要考慮的經(jīng)濟凈現(xiàn)值、經(jīng)濟內(nèi)部收益率、經(jīng)濟投資回收期三個方面。經(jīng)濟凈現(xiàn)值主要表征了在使用周期內(nèi)公路運行的經(jīng)濟社會收益，將運營周期內(nèi)的年現(xiàn)金流通量進行一定的折現(xiàn)計算現(xiàn)值，國內(nèi)的折現(xiàn)率一般控制在12%以上，通過將計算得出的現(xiàn)金流出和現(xiàn)金流入的值進行代數(shù)和，即得到公路運營周期內(nèi)的凈現(xiàn)值，以ENPV表示；經(jīng)濟內(nèi)部收益率則表征公路項目在周期內(nèi)當(dāng)經(jīng)濟凈現(xiàn)值達到0時的折現(xiàn)率，以EIRR表示；經(jīng)濟投資回收期則主要表征項目投建開始起到獲取項目的凈收益達到初始投資金額的計算年限。

2.4 示范性評價

示范性評價主要表征了綠色公路設(shè)計的理念，為有效明確高速公路的項目特征及定位，就需要進行有品位、有亮點的高速公路設(shè)計，示范性評價需要充分結(jié)合既有建設(shè)環(huán)境，主要包含以下幾個二級指標(biāo)，如方案展現(xiàn)，路線設(shè)計方案關(guān)聯(lián)指標(biāo)較多，其選取需要結(jié)合多方單位的技術(shù)論證和比選，對于路線設(shè)計的創(chuàng)新性則是比選階段的重要考慮內(nèi)容，路線方案是否具備創(chuàng)新和獨具，需要滿足其在公路項目基本功能和使用性質(zhì)的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)推廣示范；綜合利用隧道棄渣固廢，對于隧道內(nèi)部的廢棄物要實現(xiàn)再度利用，及時消化，平衡處理；推廣鋼橋技術(shù)，路線設(shè)計中盡量加強鋼結(jié)構(gòu)橋梁、鋼混橋梁的方案論證工作，并且根據(jù)現(xiàn)場實際施工特點、造價、技術(shù)開展難度、交通情況等，科學(xué)合理選取鋼混、鋼結(jié)構(gòu)橋梁形式。

2.5 環(huán)境及節(jié)能評價

項目建設(shè)中需要考慮環(huán)境評價指標(biāo)，高速公路施工和周圍生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)，環(huán)境的評價包含地貌地質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變、水土流失嚴(yán)重性、空氣風(fēng)吹雪、水環(huán)境及項目噪聲污染。地貌結(jié)構(gòu)的改變，考慮到丘陵、平原、山嶺建設(shè)情況的區(qū)別，且路線設(shè)計對于行車技術(shù)指標(biāo)要求較為嚴(yán)格的情況下，現(xiàn)場則會對一些溝壑、丘陵山地進行必要的切削、開挖填筑處理，繼而產(chǎn)生地貌地形的改變，當(dāng)?shù)乇懋a(chǎn)生過多大的變化時，就會造成原有土壤產(chǎn)生流失侵蝕及原有生態(tài)環(huán)境的破壞，在一些陡峭地形，斷面處理極容易造成滑坡、泥石流等災(zāi)害；水土流失影響，路線設(shè)計沿線氣候降雨情況嚴(yán)重，且地質(zhì)多集中強風(fēng)化、膠結(jié)強度較小的巖石，巖層開挖造成的較多碎粒由于雨水沖刷而不斷沖走，地表水夾雜大量粉粒沖向下游河床，當(dāng)水流速度下降時，粉粒則容易造成淤泥堵塞河床，對路線路基造成極大的破壞；水環(huán)境污染，路線設(shè)計全線就會產(chǎn)生大量的挖填方，造成邊坡破壞、固廢堆積，外表面的土體裸露則會在雨水沖刷之后帶著懸浮物質(zhì)流入路線附近的溝渠、河流，混有大量污染物的土質(zhì)結(jié)構(gòu)會對當(dāng)?shù)厮|(zhì)造成惡劣的影響，影響當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)水利灌溉和生活用水；空氣污染影響，路線施工及運營期間，大量超載重載車輛產(chǎn)生的廢氣就會破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)，如一氧化碳、一氧化氮、碳?xì)浠衔锏仍斐陕肪€局部的空氣質(zhì)量下降，對附近的農(nóng)作物和土壤造成嚴(yán)重污染，為此，路線設(shè)計中需要采取柔性防護措施，控制后續(xù)的污染情況；噪聲及風(fēng)吹雪影響，項目施工階段，現(xiàn)場大量施工設(shè)備在不同單位工程中就會產(chǎn)生大量的噪聲污染，對周圍的景區(qū)、居民住宅、工廠造成惡劣影響。風(fēng)吹雪主要產(chǎn)生在北方嚴(yán)寒地區(qū)公路項目中，尤其在一些深邊坡位置，惡劣天氣產(chǎn)生的風(fēng)吹雪會造成深路塹產(chǎn)生交通堵塞、道路淹沒等情況，為此，風(fēng)吹雪在局部路段的規(guī)避則需要對路線設(shè)計方向進行優(yōu)化處理，一般在北方易產(chǎn)生風(fēng)吹雪區(qū)域，路線走向需要和嚴(yán)寒氣流主風(fēng)向相互平行，且盡量減少路塹的設(shè)計，平緩化道路縱坡。

節(jié)能評價和環(huán)境評價具有較高的關(guān)聯(lián)性，節(jié)能評價指標(biāo)表征對于路線設(shè)計技術(shù)指標(biāo)、走向等因素對車輛行駛能耗排放、效率的影響，為優(yōu)化高速公路建設(shè)環(huán)保節(jié)能要求，在項目建設(shè)階段和運營階段，尤其需要重視能耗的加強控制，實現(xiàn)節(jié)能最大化的要求。

3 路線方案評價模型分析

高速公路路線設(shè)計方案涉及6個一級評價指標(biāo)，即技術(shù)指標(biāo)、安全指標(biāo)、經(jīng)濟指標(biāo)、示范性指標(biāo)、節(jié)能指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)，其中所包含的二級指標(biāo)數(shù)量較多，方案評價體系的構(gòu)建需要對其進行不同層級的分類歸納，各個一級指標(biāo)可分為23個二級指標(biāo)，整個評價結(jié)構(gòu)體系包含指標(biāo)盡量要完整詳細(xì)，以便為建設(shè)單位提供客觀定量的評價結(jié)果，本文建立的方案評價模型主要依據(jù)模糊綜合評判和層次分析方法相互結(jié)合的方式，利用層次分析方法對各個指標(biāo)的權(quán)重進行分析，并且進行模糊綜合評判法隸屬度及綜合評判的確定。其中，二級模糊評判為一級指標(biāo)相對方案的評判，一級模糊評判則為二級指標(biāo)相對方案的評判。

3.1 層次分析法確定權(quán)重

層次分析法主要是對既有的兩個指標(biāo)之間的重要性進行相互比較，在前期消除指標(biāo)權(quán)重的主觀性影響，層次分析法開展流程如下，首先對對象開展層次結(jié)構(gòu)分析，對其內(nèi)部影響因素進行層次的分類歸納，一般分為三個層級，目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層，其中準(zhǔn)則層包含一級指標(biāo)，指標(biāo)層包含二級指標(biāo)；其次需要構(gòu)建判斷矩陣，主要是依賴各個指標(biāo)的相對重要性進行數(shù)據(jù)化表現(xiàn)，如在判斷矩陣中元素qij表征第i元素相對j元素的重要性；再次開展權(quán)重求解工作，判斷矩陣的特征向量λmax為不同因素的權(quán)重值，權(quán)重值代表了單一層級下不同因素的相對重要性，權(quán)重值的計算可以借助于數(shù)據(jù)軟件(MATLAB)進行；判斷矩陣一致性檢驗工作的進行主要歸因于判斷矩陣是由標(biāo)度法進行獲取，為此具備一定的人為主觀偏好，本文采取的一致性計算公式如下：

(1)

當(dāng)計算公式分子為0時，則說明矩陣具備一致性，但是考慮到CI往往會隨著矩陣階數(shù)的不同而發(fā)生變化，判斷矩陣一致性的檢驗還需要引入指標(biāo)RI，該指標(biāo)為平均隨機一致性指標(biāo)，RI和矩陣階數(shù)n之間的關(guān)系見表1，另外還需要引入一致性比例指標(biāo)CR=CI/RI，當(dāng)CR<0.1時，則認(rèn)為達到了一致性，否則需要對判斷矩陣中的重要度進行必要的調(diào)整。

表1 RI和n關(guān)系表

3.2 基于層次分析法的模糊綜合分析

考慮到本文對路線設(shè)計進行二級指標(biāo)的層次分類，所以需要進行一二級模糊綜合評判工作，這里主要開展二級模糊綜合評判以做參考，其主要流程開展如下，首先構(gòu)建評價因素集如下：U=(u1,u2…un)，Ui=(ui1,ui2…uim)，前者表針具備n個一級評價指標(biāo)；后者表征m個二級評價指標(biāo)構(gòu)成了第i個評價指標(biāo)；其次需要構(gòu)建評價對象的評判等級合集V=(v1,v2…vn)及因素權(quán)重集A=(a1,a2…an)；再者需要構(gòu)建模糊評價矩陣，如式2，其中各個元素rij代表了i個指標(biāo)的評分值進行隸屬函數(shù)uj的代入計算值。

(2)

最后再進行模糊綜合評判工作，根據(jù)已經(jīng)計算出來的指標(biāo)隸屬度和權(quán)重值來獲取模糊評判結(jié)論，B=A×R=(b1,b2…bn)；對一級指標(biāo)進行評判結(jié)果綜合則可以得到二級模糊評判結(jié)果。綜合評判結(jié)論則需要指標(biāo)bj最大值vi對應(yīng)的等級來獲取。

4 結(jié)束語

高速公路的大規(guī)模建設(shè)能夠促進不同區(qū)域的經(jīng)濟動力，隨著當(dāng)前綠色環(huán)保理念的深入，在高速路線方案設(shè)計階段需要嚴(yán)格進行各個指標(biāo)評價工作，設(shè)計人員不僅需要考慮簡單的道路使用性質(zhì)及功能，如何將可持續(xù)發(fā)展設(shè)計思路應(yīng)用到高速公路設(shè)計路線當(dāng)中是當(dāng)前需要重點關(guān)注的事項。